煤沥青的物理改性与性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文煤沥青的物理改性与性能研究论文作者：韩双福学生类别：全日制学科门类：理学学科专业：高分子化学与物理指导教师：张福强职称：教授DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofChemistryandPhysicsofPolymersSTUDYONPHYSICALMODIFICATIONANDPERFORMANCEOFCOALTARPITCHbyHanShuangfuS

2、upervisor:Prof.ZhangFuqiangMay2017摘要煤沥青是煤焦油蒸馏后的剩余物，和石油沥青相比，煤沥青与集料的粘附性能好，路面摩擦系数大，但也存在着热敏性高、延展性能差、安全性能低，尤其是耐老化性能差等缺陷，限制了其在道路建设中的应用。本文以插层高岭土及石油沥青改性煤沥青，详细研究了煤沥青改性后的老化性能，并通过红外光谱分析了老化机理。首先在超声条件下采用二甲基亚砜（DMSO）对高岭土进行插层处理，研究了高岭土插层后的结构及形态变化。结果表明，DMSO插入高岭土层间，削弱了层间铝羟基与

3、硅氧键之间的氢键作用，层间距由0.716nm增至1.124nm，插层率达到98.57%。与煤沥青熔融复合后，高岭土发生层剥离，由原来堆叠的假六边形片层结构剥离为分散的薄片层。改性煤沥青的老化性能按照国标进行了测试，结果显示，高岭土掺量为6wt%时，老化后针入度比为50.4%，15℃延度达到最大值26.7cm，而未改性煤沥青针入度比仅为35.3%，延度为20.4cm，说明高岭土减弱了老化过程中的氧化作用。红外光谱进一步证实了高岭土的改性效果，和原煤沥青相比，改性煤沥青老化后羰基增幅降低了80.0%，亚砜降低了

4、32.4%。高岭土可能以阻隔空气、延缓传输的方式减少并有效控制了老化反应，提高了煤沥青的抗老化性能。插层高岭土同时提高了煤沥青的热稳定性，650℃的失重率由原煤沥青的85.41%降为78.04%。为进一步提高煤沥青的路用性能，采用石油沥青与芳烃油改性煤沥青，针入度在加热时间为3h时达到最大值63.710-1mm，延度在加热温度为110℃时达到最大值115.3cm。随石油沥青用量的增加，煤沥青软化点逐渐下降，但针入度和延度呈上升趋势。老化之后，针入度比及延度呈抛物线变化，石油沥青用量为18wt%时均达到最大值

5、，此时针入度比为56.1%，延度为29.4cm。继续与插层高岭土复合改性，煤沥青#性能指标达到了70石油道路沥青的标准。关键词：插层高岭土，层剥离，改性煤沥青，抗老化，道路沥青IABSTRACTAstheresidueofcoaltarafterdistillation,coaltarpitchadhereswithaggregatesexcellently,andtheroadsurfaceexhibitshigherfrictioncoefficientthanpetroleumasphalt.Onth

6、eotherhand,itismoresensitivetotemperature,ductilityispoor,securityislowandagingresistanceisespeciallybad,whichlimititsapplicationinroadconstruction.Inthispaper,coaltarpitchwasmodifiedwithintercalatedkaoliniteandpetroleumasphalt.Theagingpropertiesofmodified

7、coaltarpitchwerestudiedindetailsandtheagingmechanismwasanalyzedbyIR.Rawkaolinitewasfirstintercalatedwithdimethylsulfoxide(DMSO)underultrasonicfield,andthestructureandmorphologyofintercalatedkaolinitewereresearched.Theresultsshowthatthehydrogenbondsbetweena

8、luminumhydroxylandsiliconoxygenbondareweakenedbecauseofDMSOintercalation,theinterlayerspaceofkaoliniteexpandsfrom0.716nmto1.124nmandtheintercalationratereaches98.57%.Aftercompositedwithcoaltarpitch,thedispers